基于KUKA工業(yè)機(jī)器人“U”盤自動上料工作站的設(shè)計

程振中

摘 要 本文重點內(nèi)容是為U盤組裝生產(chǎn)線設(shè)計工業(yè)機(jī)器人自動上料工作站，利用快換工具實現(xiàn)對U盤芯片、U盤殼、U盤冒的自動上料，通過SIMATIC S7-1200控制下的絲杠將U盤物料送至下游的產(chǎn)線進(jìn)行組裝。設(shè)計的工作站運(yùn)行效果良好，可以代替人工上料，減少用工量，節(jié)約了用工成本。

關(guān)鍵詞 工業(yè)機(jī)器人 自動上料 快換工具 SIMATIC S7-1200

中圖分類號：TP242文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0前言

U盤的裝配包括U盤芯片、U盤殼、U盤冒，三部分裝配在一起。傳統(tǒng)的“小作坊式”的生產(chǎn)主要依靠人工生產(chǎn)，人工參與的部分包括人工點膠、人工裝配、人工打標(biāo)、人工裝盒等。隨著人力成本的提高，由大量人工參與生產(chǎn)的利潤空間在逐步萎縮。機(jī)器換人，減少用工量，提高生產(chǎn)效率是自動化改造傳統(tǒng)生產(chǎn)線的目標(biāo)。本文研究重點是借助工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)實現(xiàn)U盤芯片、U盤殼和U盤冒的自動化上料，是實現(xiàn)自動化點膠、自動化裝配、自動化貼標(biāo)的前提。

1項目實施

1.1系統(tǒng)框圖

U盤自動上料工作站是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)的綜合應(yīng)用，設(shè)計的系統(tǒng)功能圖如圖1所示。

1.2硬件搭建和設(shè)計

1.2.1 PLC的I/O接線

PLC的I/O接線主要考慮與KUKA I/O板的數(shù)字量信號連接，PLC輸入包括PLC初始化命令（DO7接I0.1）、PLC停止命令（DO8接I0.2）、絲杠運(yùn)動到下料位命令（DO9接I0.3）、絲杠運(yùn)動到載料位命令（DO10接I0.4）;PLC輸出包括PLC初始化完成（Q0.5接DI7）、絲杠運(yùn)動到下料位完成信號（Q0.6接DI8）、絲杠運(yùn)動到載料位完成信號（Q0.7接DI9）、2#機(jī)器人取料完成信號（Q8.2接DI10）。PLC的I/O接線如圖2所示。

1.2.2工業(yè)機(jī)器人的I/0接線

KRC4控制柜的X12端是工業(yè)機(jī)器人的IO板接口，工業(yè)機(jī)器人IO接線主要考慮的是與PLC的連接、工業(yè)機(jī)器人夾具的信號連接、外部控制按鈕的信號連接。工業(yè)機(jī)器人IO板的接線圖如圖3所示。

1.3程序設(shè)計

1.3.1機(jī)器人程序設(shè)計

機(jī)器人程序設(shè)計采用結(jié)構(gòu)化編程方法，建立多個全局子程序，方便程序的移植和修改。根據(jù)工作要求，建立的程序架構(gòu)如圖4所示。

banyun（）工作執(zhí)行程序中主要應(yīng)用二維數(shù)組、for嵌套循環(huán)、相對運(yùn)動指令實現(xiàn)對行列上物品的抓取。

1.3.2 PLC程序設(shè)計

PLC程序設(shè)計主要是對絲杠軸的組態(tài)和編程，通過TIA軟件對驅(qū)動器的設(shè)置。調(diào)用相應(yīng)的指令庫完成對軸的復(fù)位、使能、回原點、絕對定位（包括載料位的位置、下料位的位置）的編程。運(yùn)動控制指令“MC_MoveAbsolute”啟動軸定位運(yùn)動，以將軸移動到某個絕對位置。本例程中設(shè)置%MD60=5000是載料位置、%MD60=60000是卸料位置。

2安裝調(diào)試

根據(jù)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計內(nèi)容，搭建U盤自動上料工作站，在手動調(diào)試，確保安全無誤后，采用自動運(yùn)行模式，速度降低到30%以下運(yùn)行程序，可以實現(xiàn)良好的運(yùn)行效果。運(yùn)行結(jié)果如圖5所示。

3結(jié)束語

U盤自動上料工作站綜合利用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)，實現(xiàn)U盤芯片、U盤殼、U盤冒的自動上料。該設(shè)計方案是校企深度融合、中德國際職業(yè)教育合作背景下的成果，本人作為該方案的主要負(fù)責(zé)人之一，目前正在申請該設(shè)計的發(fā)明專利。該設(shè)計方案如果投產(chǎn)還需進(jìn)一步完善，比如在自動上料工作站的上游，增加導(dǎo)軌式移動工業(yè)機(jī)器人，增加物料貨架，利用移動機(jī)器人將物料貨架上的U盤托盤搬運(yùn)至上料工作站等。在投產(chǎn)時還需考慮設(shè)備成本因素，投入工業(yè)機(jī)器人和傳統(tǒng)機(jī)電一體化設(shè)備的比例問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 西門子中國有限公司.深入淺出西門子S7-1200 PLC[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2019.

[2] 海伯勒·格雷格爾等.機(jī)電一體化圖表手冊[M].周正安譯.長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2014.

[3] 徐文.KUKA工業(yè)機(jī)器人編程與實操技巧[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.

[4] 余任沖.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用案例入門[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.